Los indolocarbazoles (ICZ) son una clase de compuestos que se encuentran en estudio actualmente debido a su potencial como fármacos anticancerígenos y antimicrobianos y al número prospectivo de derivados y usos encontrados a partir de la cadena principal básica únicamente. Aislados por primera vez en 1977 [1] , se han encontrado o desarrollado una amplia gama de estructuras y derivados en todo el mundo. Debido a la gran cantidad de estructuras disponibles, esta revisión se centrará en los grupos más importantes aquí, al tiempo que cubrirá su aparición, actividad biológica, biosíntesis y síntesis de laboratorio.
Los indolocarbazoles pertenecen a la subclase de alcaloides de los bisindoles. Los indolocarbazoles aislados con mayor frecuencia son los indolo(2,3-a)carbazoles; el subgrupo más común de los indolo(2,3-a)carbazoles son los indolo(2,3-a)pirrol(3,4-c)carbazoles. Estos se pueden dividir en dos clases principales: halogenados (clorados) con un carbono C-7 completamente oxidado con solo un nitrógeno indólico que contiene un enlace β-glicosídico y la segunda clase consta tanto de nitrógeno indólico glicosilado, no halogenado y un carbono C-7 completamente reducido.
El primer ICZ aislado, denominado estaurosporina (STA), se obtuvo en 1977 a partir de un cultivo de Streptomyces staurosporeus hallado en una muestra de suelo de la prefectura de Iwate, Japón. [2] La estereoquímica adecuada no se demostró hasta 1994. En el transcurso de la década siguiente, estudios posteriores del compuesto mostraron cierta inhibición fúngica, actividad hipotensora y, lo más importante, un amplio inhibidor de la proteína quinasa. El siguiente descubrimiento histórico llegó con la detección de rebecamicina (REB) en una muestra de Lechevalieria aerocolonigenes , nuevamente en el suelo, pero esta vez en una muestra de Panamá . Se descubrió que REB actuaba contra la leucemia y el melanoma en ratones, y también contra las células de adenocarcinoma humano . [3]
Desde 1977, se han descubierto ICZ en actinomicetos, bacterias que se encuentran comúnmente en el suelo, en todo el mundo. Numerosas formas han dado positivo en la prueba de actividad antitumoral, como la 7-hidroxi-STA y la 7-oxo-STA2. Algunas de las cepas en las que se han encontrado compuestos ICZ son Actinomadura melliaura en Bristol Cove, condado de San Diego, California , Streptomyces hygroscopicus en la prefectura de Numazu, Japón, Micromonospora sp. L-31-CLO-002 de la isla de Fuerteventura , Islas Canarias, España, y Actinomadura sp. Cepa 007 de la bahía de Jiaozhou, Shandong , China. La amplia distribución de las diversas cepas que producen estos compuestos no es sorprendente debido a la cantidad de propiedades que estos compuestos pueden asumir con una funcionalización limitada por parte de la especie.
Además de los actinomicetos , se han encontrado ICZ en mohos mucilaginosos (mixomicetos), algas verdeazuladas ( cianobacterias ) e invertebrados marinos. Al igual que los derivados de los actinomicetos, los encontrados en los mixomicetos cubren una amplia gama de derivados y funcionalizaciones. Dos de los más importantes hasta la fecha han sido la arcyriacianina A, que se encontró que inhibe un panel de células cancerosas humanas al afectar la PKC y la proteína tirosina quinasa, y el éster dimetílico del ácido licogálico A (encontrado en Tokushima, Japón, a partir de Lycogala epidendrum ), que mostró una fuerte actividad antiviral. Algunas de las cepas de mixomicetos estudiadas son Arcyria ferruginea y Arcyria cinerea, ambas de la prefectura de Kochi , Japón. [1]
Se han descubierto tres especies de cianobacterias que producen compuestos ICZ: Nostoc sphaericum de Manoa, Hawái; Tolypothrix tjipanasensis de Vero Beach, Florida , y Fischerella ambigua cepa 108b de Leggingen, Suiza. Una nota interesante sobre las dos primeras es que muchas de las ICZ derivadas de ellas no tienen la unidad pirrol[3,4-c] anulada. [4]
El último grupo importante en el que se encuentran las ZCI son varios invertebrados marinos. Se han descubierto tres especies de tunicados , un molusco , un platelminto y una esponja en lugares que van desde Micronesia hasta Nueva Zelanda. Se están realizando pruebas para determinar la producción de más invertebrados mediante estudios genéticos y basados en filos. [1]
Se ha descubierto que los indolocarbazoles presentan una amplia gama de actividades, lo que hace que su presencia en la naturaleza sea poco sorprendente. Debido a esta variedad, en la siguiente sección se examinarán sus modos de acción en células bacterianas y de mamíferos de forma independiente, prestando especial atención a los efectos en las células cancerosas. [ cita requerida ]
Los modos generales de acción encontrados en células de mamíferos son la inhibición de las proteínas quinasas , la inhibición de la ADN topoisomerasa eucariota y la unión intercalativa al ADN. El número de proteínas quinasas que se cree que existen en el genoma humano supera las seiscientas, [5] lo que hace que un inhibidor nanomolar como STA sea extremadamente útil tanto para el tratamiento de varias enfermedades como para el estudio de las proteínas quinasas en una variedad de funciones. Desde este descubrimiento, se ha realizado un gran esfuerzo para hacer derivados de STA y REB altamente específicos. [6] Una de las principales lecciones aprendidas de la investigación inicial sobre STA fue el desarrollo del modelo de farmacóforo para un inhibidor de proteína quinasa en el que un sistema donador de hidrógeno bidentado flanqueado por varios grupos hidrófobos se inserta en el sitio de unión. La información derivada de este farmacóforo original ha llevado a la síntesis de inhibidores altamente específicos contra varias proteínas quinasas, entre ellas PKC, quinasas dependientes de ciclina, quinasas del receptor acoplado a proteína G, tirosina quinasa y la proteína pUL97 del citomegalovirus. [7]
La topoisomerasa I y II escinden y relegan uno y dos lados de una cadena de ADN, respectivamente, y son, en consecuencia, partes vitales de la reproducción celular. Los estudios han descubierto que en estructuras similares a REB, la función imida del segmento pirrol actúa para interactuar con la topoisomerasa I, la cadena principal de carbono actúa como un inhibidor intercalativo y la fracción de azúcar experimenta la unión al surco del ADN. [6] Los dos últimos en realidad actúan al unísono debido a la estructura tridimensional de una molécula de REB glicosilada. [3] La sección inhibidora Top1 se une a los complejos ADN-Top1 escindibles para evitar el paso de relegación. Debido a esto, la sensibilidad se basa en la cantidad de Top1 presente, lo que hace que las células que experimentan una reproducción y un crecimiento constantes (es decir, las células tumorales) sean las más vulnerables.
Hasta el momento, no se ha encontrado inhibición bacteriana de Top1 utilizando ICZ. Debido a esto, se cree que la mayor parte de la función anti-crecimiento celular de ICZ proviene de la inhibición de varios grupos de proteína quinasa y la unión intercalativa de ADN. [8] [9] Los estudios sobre Streptomyces griseus con marcaje de proteínas in vitro han llevado a la inhibición de una amplia gama de funciones celulares. Esto llevó a la teoría de que había varias proteínas quinasas eucariotas presentes requeridas para el metabolismo secundario. [10]
Algunos indolocarbazoles poseen actividad antimicrobiana y actúan sobre las bacterias tanto de manera directa [11] como dirigida al huésped . [12] [13] El indolocarbazol GW296115X (también conocido como 3744W) ha mostrado actividad contra patógenos intracelulares, incluidos el citomegalovirus humano , Staphylococcus aureus y Mycobacterium abcessus . [12] [13] [7]
Desafortunadamente, solo se ha estudiado en profundidad la biosíntesis de REB, STA y K252a. Esta sección enfatizará la vía REB debido a lo bien estudiada que está. La vía comienza con la modificación de L- triptófano a 7-cloro-L-triptófano. Esto se hace por catálisis usando halogenación in vitro de RebH y RebF (una flavina reductasa) para proporcionar FADH2 para la halogenasa. [14] Luego, RebO (una triptófano oxidasa) se desamina, después de lo cual reacciona aún más con otra de sí misma y RebD (una hemo que contiene oxidasa). Esto forma la mayoría de la cadena principal de carbono, que luego sufre un cierre de anillo descarboxilativo usando RebC y RebP. Se produce una glicosilación usando RebG y NDP-D-glucosa, que finalmente pasa por metilación por RebM. [15] [16] [17] [18] [19] [20] Se ha observado que estas últimas enzimas de adaptación son permisivas en términos de agliconas/aceptores y donantes de glicosilo/alquilo. [21] [22] [23] Se ha propuesto una vía paralela para el indolocarbazol AT2433 sustituido por disacárido estructuralmente relacionado, cuya aminopentosa también se encuentra anexada a la enediina calicheamicina de 10 miembros . [24]
La información sobre esta vía, junto con las de K252a y STA, [25] se derivó de información sobre genes, enzimas e intermediarios conocidos. Los dos tipos de estudios realizados sobre estas vías son estudios in vivo de alteración genética de L. aerocolonigenes o cepas recombinantes de S. albus. [1] El segundo tipo de experimento consistió en experimentos in vitro realizados sobre extractos celulares.
La síntesis de laboratorio de los ICZ ha sido un tema de gran interés desde su descubrimiento. Desafortunadamente, debido a la naturaleza algo compleja de la molécula y al alto nivel de reactividad de los carbonos en las moléculas de indol, aún no se ha encontrado una síntesis fácil de alto rendimiento. A pesar de esto, se han encontrado muchas formas de producir este compuesto en sus diversas formas. [26] De especial interés es una de las mejores síntesis de REB, descubierta en 1999. El proceso comienza produciendo 7-cloroindol-3-acetamida mediante el tratamiento del 7-cloroindol con una serie de reactivos, que se muestran más abajo. Luego, esta molécula se glicosila y se hace reaccionar con 7-cloroindol-3-glioxilato de metilo para producir un intermedio que luego se estabiliza en el producto final. Si bien este proceso es uno de los mejores hasta la fecha, aún requiere mucho trabajo y tiempo, ya que pasa por 12 pasos en total y solo produce un 12 %. [27]
Desde el nacimiento de la investigación sobre el ICZ a finales de los años setenta, el campo ha estado en auge con avances continuos tanto en tecnología como en técnicas de química orgánica. Si bien solo un puñado de compuestos basados en el ICZ han superado la fase II de los ensayos clínicos, la gran variedad que pueden adoptar estas moléculas deja mucho territorio aún sin explorar. De particular interés reciente en las técnicas de síntesis es el uso de catalizadores basados en paladio , que se ha descubierto que son excelentes activadores para su uso en la formación de enlaces carbono-carbono. [28] [29]
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